專利名稱：光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及跟蹤式光伏發(fā)電技術，具體涉及一種光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法及系統(tǒng)。
背景技術：
在光伏發(fā)電領域，按照光伏發(fā)電機是否對太陽軌跡進行跟蹤，可將其分為固定式和跟蹤式兩種類型。隨著技術的發(fā)展，固定式光伏發(fā)電機所存在的發(fā)電量和土地利用率低下等問題逐漸被暴露出來，于是就出現(xiàn)了跟蹤式光伏發(fā)電機。依據(jù)跟蹤形式的不同，跟蹤式光伏發(fā)電機可分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤；其中，單軸跟蹤又分為水平單軸跟蹤、傾斜單軸跟蹤。由于水平單軸跟蹤、傾斜單軸跟蹤和雙軸跟蹤這幾種跟蹤形式均為現(xiàn)有技術，故在此不再贅述?？傊?，現(xiàn)有的這些跟蹤形式大多存在如下共性問題:第一，現(xiàn)有跟蹤式光伏發(fā)電機主要依靠時間或太陽時角來計算控制光伏發(fā)電機帆板旋轉(zhuǎn)的光伏發(fā)電機帆板跟蹤角，然而，這種方式對太陽位置的跟蹤不準確，導致帆板采光面積較低，發(fā)電量不高。第二，當光伏發(fā)電機帆板跟蹤角較大時(即一天中的早、晚時段)，光伏發(fā)電陣列中相鄰光伏發(fā)電機帆板之間會產(chǎn)生嚴重的陰影遮擋現(xiàn)象，對此，光伏發(fā)電站的設計者只能通過加大光伏發(fā)電機的間距來改善陰影遮擋，從而降低光伏發(fā)電站對土地的利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種可避免相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法，包括的步驟為:I)根據(jù)太陽位置計 算得到光伏發(fā)電機帆板跟蹤角O ;2)判斷所得跟蹤角O是否會使相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋，若不產(chǎn)生遮擋，則將所述帆板轉(zhuǎn)至與該跟蹤角O對應的方向上，再重復步驟I)至2)；若會產(chǎn)生遮擋，則執(zhí)行步驟3)；3)重新確定跟蹤角①，即當跟蹤角O本身為正值時，使0 = 0-4，其中，0° < 4彡5°，然后，返回步驟2)；當跟蹤角O本身為負值時，使0 = 0+4，其中，O。< 4彡5°，然后，返回步驟2)。在本發(fā)明的上述方法中，如果參數(shù);設定的太小，則會導致系統(tǒng)計算量太大，因此，該方法中將參數(shù)(設定為>0.01°為宜。在此基礎上，最好將參數(shù)(設定為
0.1° ( ^ ^ 1°，從而確保系統(tǒng)對跟蹤角O最適宜的控制精度。為了實施上述方法，本發(fā)明的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤系統(tǒng)具有跟蹤與反跟蹤相結合的工作模式，在該工作模式下，光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤系統(tǒng)包括以下運行步驟:I)根據(jù)太陽位置計算得到光伏發(fā)電機帆板跟蹤角O ;2)判斷所得跟蹤角O是否會使相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋，
若不產(chǎn)生遮擋，則將所述帆板轉(zhuǎn)至與該跟蹤角O對應的方向上，再重復步驟I)至
2)；若會產(chǎn)生遮擋，則執(zhí)行步驟3)；3)重新確定跟蹤角O，SP當跟蹤角O本身為正值時，使0 = 0-4，其中，0° < 4彡5°，然后，返回步驟
2)；當跟蹤角O本身為負值時，使0 = 0+4，其中，O。< 4彡5°，然后，返回步驟2)。根據(jù)本發(fā)明上述的方法及系統(tǒng)可知，本發(fā)明中最終所確定的跟蹤角O是在相鄰光伏發(fā)電機帆板之間不產(chǎn)生陰影遮擋的前提下所尋找到的，因此，本發(fā)明能夠有效的避免相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋現(xiàn)象，保證發(fā)電效率。下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的說明。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


圖1為光伏發(fā)電陣列的工作狀態(tài)示意圖。圖2為圖1在A向(即光伏發(fā)電機跟蹤軸方向)上的示意圖。圖3為對比例I與對比例2的跟蹤角O隨時間的變化曲線比較圖。圖4為本發(fā)明實施例1的跟蹤角O隨時間的變化曲線圖。圖5為本發(fā)明實施例1的工作流程圖。
具體實施例方式下面通過對本發(fā)明的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法在水平單軸跟蹤和傾斜單軸跟蹤方式上的具體應用，對本發(fā)明的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法及系統(tǒng)進行詳細說明。首先，結合圖1、2對本發(fā)明所涉及的各個參數(shù)進行說明。如圖1所示，H為太陽高度角，它是指某地太陽光線與該地作垂直于地心的地表切線的夾角，即，圖1中的太陽照射樁4在地面2上的投影4’與對應入射光線I的夾角；W為太陽方位角，它是指太陽照射樁4在地面的投影4’與當?shù)刈游缇€的夾角；R為光伏發(fā)電機跟蹤軸方位角，它是指光伏發(fā)電機跟蹤軸301與正北方向的夾角#為入射角，它是指光伏發(fā)電機帆板3的法線與對應入射光線I的夾角;U為光伏發(fā)電機跟蹤軸301相對地面2的傾角，對于水平單軸跟蹤方式而言，該傾角U為零，對于傾斜單軸跟蹤方式而言，該傾角U原則上與當?shù)鼐暥纫恢隆Ｈ鐖D2所示，L為帆板長度，S為帆板陰影長，M為光伏發(fā)電機帆板間距，其中，所示的帆板長度L，帆板陰影長S以及光伏發(fā)電機帆板間距M均指在圖2所在的平面上的長度；O為光伏發(fā)電機帆板跟蹤角，它是指光伏發(fā)電機帆板3與水平面之間的夾角。下面以現(xiàn)有水平單軸跟蹤方法為例(即對比例1)，對目前的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方式進行說明。現(xiàn)有的水平單軸跟蹤方法是根據(jù)太陽時角來計算光伏發(fā)電機帆板跟蹤角①。如假設經(jīng)緯度為(30.0, 103.0)，時間為2012/12/22，光伏發(fā)電機跟蹤軸方位角R=0，帆板長度L=3.3米，光伏發(fā)電機帆板間距M=5.0米，可得圖3中所示的跟蹤角O隨時間的變化曲線a。如曲線a所示，在光伏發(fā)電機的初始狀態(tài)下，帆板3位于水平面上，此時，跟蹤角0=0° ;隨著時間的推移,跟蹤角O大約在時間處于160點左右時突然增大到負的最大值，然后，跟蹤角O再隨著時間的變化而逐漸減小，當時間處于425點左右(即正午)時，跟蹤角O重新變?yōu)?°，此時，帆板3重回到水平面位置；此后，跟蹤角O又隨著時間的變化而逐漸增大，大約在時間處于700點左右時跟蹤角O增大到正的最大值,然后又突然減小為O。，此時，帆板3回到初始水平狀態(tài)。從曲線a的變化可以看出，一天中上午時段跟蹤角O為負值，下午時段跟蹤角O為正值，跟蹤角O的正負表明了帆板3朝向的轉(zhuǎn)變。對比例I的水平單軸跟蹤方法沒有考慮相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋的問題。經(jīng)計算，對比例I的水平單軸跟蹤方法在早、晚兩個時段最大會產(chǎn)生30米的帆板陰影長S，遠遠超過了光伏發(fā)電機帆板間距M，因此會產(chǎn)生嚴重的陰影遮擋問題。另外，通過太陽時角來計算光伏發(fā)電機帆板跟蹤角O的方式也難以保證跟蹤時入射角P始終處于最小值，導致帆板采光面積較低，發(fā)電量不高。本發(fā)明為解決相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋的問題，采取了以下方法，其包括的步驟為:1)根據(jù)太陽位置計算得到光伏發(fā)電機帆板跟蹤角O ;2)判斷所得跟蹤角O是否會使相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋，若不產(chǎn)生遮擋，則將所述帆板轉(zhuǎn)至與該跟蹤角O對應的方向上，再重復步驟I)至2);若會產(chǎn)生遮擋，則執(zhí)行步驟3) ；3)重新確定跟蹤角①，即，當跟蹤角①本身為正值時，使O = K，當跟蹤角①本身為負值時，使0 = 0+4，其中，O。< 4彡5°，然后，返回步驟2)。具體而言，對于水平單軸跟蹤方式，則步驟2)按以下方式判斷是否產(chǎn)生遮擋:首先，根據(jù)公式S = cos (I O |)L+sin(| O |) sin (ff-R) | L/tan (H)計算出帆板陰影長S，其中，H為太陽高度角，W為太陽方位角，R為光伏發(fā)電機跟蹤軸方位角，L為帆板長度；其次，將所得帆板陰影長S與光伏發(fā)電機帆板間距M進行比較，若S > M則判斷為會產(chǎn)生遮擋，否則判斷為不產(chǎn)生遮擋。對于傾斜單軸跟蹤方式，則步驟2)按以下方式判斷是否產(chǎn)生遮擋:首先，根據(jù)公式 S = cos ( O )L+sin( O ) sin (ff-R) cos (U) L/tan (H)算出帆板陰影長 S,其中，H為太陽高度角，W為太陽方位角，R為光伏發(fā)電機跟蹤軸方位角，L為帆板長度，U為光伏發(fā)電機跟蹤軸相對地面的傾角；其次，將所得帆板陰影長S與光伏發(fā)電機帆板間距M進行比較，若S > M則判斷為會產(chǎn)生遮擋，否則判斷為不產(chǎn)生遮擋。上述公式S = cos(|0|)L+sin(I O I) sin(ff-R)|L/tan (H)以及 S = cos (|O |)L+sin(|O |) sin(ff-R)|cos (U)L/tan (H)均是建立在太陽高度角H、太陽方位角W、光伏發(fā)電機跟蹤軸方位角R及帆板長度L等準確參數(shù)基礎上的，因此，根據(jù)上述公式能夠更準確的計算出帆板陰影長S。本發(fā)明上述步驟I)可以采用現(xiàn)有方法計算得到光伏發(fā)電機帆板跟蹤角O。但為了在確保相鄰光伏發(fā)電機帆板之間不產(chǎn)生陰影遮擋的前提下得到較小的入射角P，針對水平單軸跟蹤和傾斜單軸跟蹤方式，本發(fā)明還提供了如下優(yōu)化方案。具體而言，如果所述光伏發(fā)電機采用水平單軸跟蹤方式，則步驟I)根據(jù)公式tan(O) = sin(ff-R)/tan(H)計算得到跟蹤角O，其中H為太陽高度角，W為太陽方位角，R為光伏發(fā)電機跟蹤軸方位角。如果所述光伏發(fā)電機采用傾斜單軸跟蹤方式，則步驟I)根據(jù)公式
權利要求
1.光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法，包括的步驟為: 1)根據(jù)太陽位置計算得到光伏發(fā)電機帆板跟蹤角O; 2)判斷所得跟蹤角O是否會使相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋， 若不產(chǎn)生遮擋，則將所述帆板轉(zhuǎn)至與該跟蹤角O對應的方向上，再重復步驟I)至2); 若會產(chǎn)生遮擋，則執(zhí)行步驟3)； 3)重新確定跟蹤角①，即 當跟蹤角O本身為正值時，使0 = 0-4，其中，O。< 4彡5°，然后，返回步驟2); 當跟蹤角①本身為負值時，使0 = 0+4，其中，O。< 4彡5。，然后，返回步驟2)。
2.如權利要求1所述的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法，其特征是K>0.01°。
3.如權利要求1所述的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法，其特征是:0.1° < ( <1°。
4.如權利要求1至3中任意一項權利要求所述的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法，其特征是:所述光伏發(fā)電機采用水平單軸跟蹤方式，則，步驟I)根據(jù)公式 tan(O) = sin(W-R)/tan(H)計算得到跟蹤角①，其中 H為太陽高度角，W為太陽方位角，R為光伏發(fā)電機跟蹤軸方位角。
5.如權利要求1至3中任意一項權利要求所述的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法，其特征是:所述光伏發(fā)電機采用水平單軸跟蹤方式，則，步驟2)按以下方式判斷是否產(chǎn)生遮擋: 首先，根據(jù)公式S = cos (I O |)L+sin(| O |) sin (W-R) L/tan (H)計算出帆板陰影長S,其中，H為太陽高度角，W為太陽方位角，R為光伏發(fā)電機跟蹤軸方位角，L為帆板長度； 其次，將所得帆板陰影長S與光伏發(fā)電機帆板間距M進行比較，若S > M則判斷為會產(chǎn)生遮擋，否則判斷為不產(chǎn)生遮擋。
6.如權利要求1至3中任意一項權利要求所述的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法，其特征是:所述光伏發(fā)電機采用傾斜單軸跟蹤方式，則，步驟I)根據(jù)公式.,.COS(ZZ)SinfW-7 - R)
7.如權利要求1至3中任意一項權利要求所述的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法，其特征是:所述光伏發(fā)電機采用傾斜單軸跟蹤方式，則，步驟2)按以下方式判斷是否產(chǎn)生遮擋: 首先，根據(jù)公式 S = cos (I O )L+sin( O ) sin (ff-R) cos (U) L/tan (H)算出帆板陰影長S，其中，H為太陽高度角，W為太陽方位角，R為光伏發(fā)電機跟蹤軸方位角，L為帆板長度，U為光伏發(fā)電機跟蹤軸相對地面的傾角； 其次，將所得帆板陰影長S與光伏發(fā)電機帆板間距M進行比較，若S > M則判斷為會產(chǎn)生遮擋，否則判斷為不產(chǎn)生遮擋。
8.光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤系統(tǒng)，其特征是:具有跟蹤與反跟蹤相結合的工作模式，在該工作模式下，光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤系統(tǒng)包括以下運行步驟: 1)根據(jù)太陽位置計算得到光伏發(fā)電機帆板跟蹤角O; 2)判斷所得跟蹤角O是否會使相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋， 若不產(chǎn)生遮擋，則將所述帆板轉(zhuǎn)至與該跟蹤角O對應的方向上，再重復步驟I)至2); 若會產(chǎn)生遮擋，則執(zhí)行步驟3)；3)重新確定跟蹤角①，即 當跟蹤角O本身為正值時，使0 = 0-4，其中，O。< 4彡5°，然后，返回步驟2); 當跟蹤角①本身為負值時，使0 = 0+4，其中，O。< 4彡5。，然后，返回步驟2)。
9.如權利要求8所述的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤系統(tǒng)，其特征是:所述光伏發(fā)電機采用水平單軸跟蹤方式，則，步驟2)按以下方式判斷是否產(chǎn)生遮擋: 首先，根據(jù)公式S = cos (I O |)L+sin(| O |) sin (ff-R) | L/tan (H)計算出帆板陰影長S,其中，H為太陽高度角，W為太陽方位角，R為光伏發(fā)電機跟蹤軸方位角，L為帆板長度； 其次，將所得帆板陰影長S與光伏發(fā)電機帆板間距M進行比較，若S > M則判斷為會產(chǎn)生遮擋，否則判斷為不產(chǎn)生遮擋。
10.如權利要求8所述的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤系統(tǒng)，其特征是:所述光伏發(fā)電機采用傾斜單軸跟蹤方式，則，步驟2)按以下方式判斷是否產(chǎn)生遮擋: 首先，根據(jù)公式 S = cos (I O )L+sin( O ) sin (ff-R) cos (U) L/tan (H)算出帆板陰影長S，其中，H為太陽高度角，W為太陽方位角，R為光伏發(fā)電機跟蹤軸方位角，L為帆板長度，U為光伏發(fā)電機跟蹤軸相對地面的傾角； 其次，將所得帆板陰影長S與光伏發(fā)電機帆板間距M進行比較，若S > M則判斷為會產(chǎn)生遮擋，否則判斷為不產(chǎn) 生遮擋。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可避免相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的光伏發(fā)電機太陽軌跡跟蹤方法，包括的步驟為1)根據(jù)太陽位置計算得到光伏發(fā)電機帆板跟蹤角Φ；2)判斷所得跟蹤角Φ是否會使相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋，若不產(chǎn)生遮擋，則將所述帆板轉(zhuǎn)至與該跟蹤角Φ對應的方向上，再重復步驟1)至2)；若會產(chǎn)生遮擋，則執(zhí)行步驟3)；3)重新確定跟蹤角Φ，即當跟蹤角Φ本身為正值時，使Φ=Φ-ζ，當跟蹤角Φ本身為負值時，使Φ=Φ+ζ，其中，0°＜ζ≤5°，然后，返回步驟2)。本發(fā)明能夠有效的避免相鄰光伏發(fā)電機帆板之間產(chǎn)生陰影遮擋現(xiàn)象，保證發(fā)電效率。
文檔編號G05D3/12GK103116363SQ20131002430
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權日2013年1月23日
發(fā)明者黃忠 申請人:四川鐘順太陽能開發(fā)有限公司